發(fā)布時(shí)間：2021-10-19 09:12

　　本課題以提高LiFePO₄電子電導(dǎo)率即導(dǎo)電性、材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)而提高LiFePO₄的電化學(xué)性能和低溫電化學(xué)性能為目標(biāo),優(yōu)化制備工藝合成綜合電化學(xué)性能較優(yōu)的LiFePO₄材料,并對(duì)其進(jìn)行常溫和低溫改性。通過單因素控制變量法,合成了電化學(xué)性能最優(yōu)的LiFePO₄（LFP）,并對(duì)其進(jìn)行碳包覆改性。在LFP基礎(chǔ)上通過一步溶劑熱法合成了表面介孔修飾,體相Mn摻雜及碳包覆的Porous-LiMn_0.03Fe_0.97PO₄/C材料。在LFP的基礎(chǔ)上,兩步水熱法合成了LFP/Ag/RGO復(fù)合材料同時(shí)改變電解液的成分和配比,改善其低溫性能。通過XRD、TEM、SEM、BET、EIS、CV和充放電測(cè)試等方法表征合成材料的晶相結(jié)構(gòu)、形貌、電化學(xué)性能,得到如下結(jié)論:（1）單因素控制變量法系統(tǒng)探究了反應(yīng)系統(tǒng)pH、溶劑熱反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、煅燒溫度等一系列的因素對(duì)于LiFePO₄的形貌、結(jié)晶度、粒徑、顆粒分散性和電化學(xué)性能的影響,優(yōu)化制備工... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池充放電原理示意圖

碩士學(xué)位論文改性磷酸鐵鋰的制備工藝與低溫電化學(xué)性能研究71.4LiFePO4正極材料介紹1997年Goodenough課題組Padhi[15]發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰有作為電池的特性：可逆性的嵌入或者脫出Li+。與傳統(tǒng)的尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4和層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2相比，LiFePO4原料來源廣，價(jià)格低無毒害，對(duì)環(huán)境友好。安全性能好得到了科研單位和企業(yè)的關(guān)注。Li、P、Fe在地殼中含量豐富，對(duì)于市場(chǎng)的要求可以滿足。且LiFePO4作為正極材料工作電壓適中（3.4V）、比容量高（170mA·h/g）、功率高、壽命和循環(huán)時(shí)間長、高溫下性能較穩(wěn)定。LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定在移動(dòng)應(yīng)用設(shè)備、通信設(shè)備以及電動(dòng)工具方面應(yīng)用前景廣泛。是動(dòng)力、儲(chǔ)能以及商品化的重要研究對(duì)象和重點(diǎn)研發(fā)的材料之一。1.4.1LiFePO4的結(jié)構(gòu)性質(zhì)圖1.3LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)示意圖在LiFePO4中，氧原子以微扭曲的六方密堆方式有序排列。FeO6和LiO6八面體中，F(xiàn)e與Li分別位于氧原子八面體的中心位置。P位于氧四面體4c位，形成了PO4四面體。在bc面上，相鄰的FeO6八面體共用一個(gè)氧原子，從而互相連接形成Z字型的FeO6層。在FeO6層之間，相鄰的LiO6八面體在b方向上通過兩個(gè)氧原子連接，形成了與c軸平行的鋰離子的連續(xù)直線鏈，這使得鋰離子可能形成二維擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。一個(gè)PO4四面體與一個(gè)FeO6、兩個(gè)LiO6八面體共邊。LiFePO4晶體是橄欖石型結(jié)構(gòu)，屬于正交晶系，空間群為Pnma，晶胞參數(shù)a=1.0329nm，b=0.60072nm，c=0.46905nm。表1.1LiFePO4和FePO4晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)比晶體LiFePO4FePO4空間群PmnaPmna

碩士學(xué)位論文改性磷酸鐵鋰的制備工藝與低溫電化學(xué)性能研究9圖1.4LiFePO4充放電Radial模型圖1.5LiFePO4充放電Mosaic模型LiFePO4中未參與反應(yīng)的FePO4是造成容量損失的主要原因。未反應(yīng)的FePO4占整體材料體積越大，可利用的活性材料部分就越少，導(dǎo)致比容量降低。Andersson等提出了“徑向模型”（radialmodel）和“馬賽克模型”（Mosaicmodel）�！榜R賽克模型”認(rèn)為，在充電時(shí)，Li+脫嵌可以出現(xiàn)在材料內(nèi)任何位置。當(dāng)脫Li量增加時(shí)，F(xiàn)ePO4相逐漸增大，過程中未反應(yīng)的LiFePO4被無定型的物質(zhì)包覆造成了容量損失。在放電時(shí)，Li+重新嵌入LiFePO4相中，未進(jìn)入體相的是未參加反應(yīng)的FePO4。1.4.3LiFePO4的制備方法中國是資源大國，自然界磷鐵鋰礦中存在著天然磷酸鐵鋰，但儲(chǔ)量少，雜質(zhì)多，無法直接利用。人工合成磷酸鐵鋰的原材料豐富，工藝簡單，隨著近年來磷酸鐵鋰電極材料成為研究熱點(diǎn)，大量的制備方法也應(yīng)運(yùn)而生。在自然界中天然的LiFePO4由于雜質(zhì)多、含量低所以無法直接使用。一般利用人工合成方法來大規(guī)模的制備LiFePO4電極材料。人工合成LiFePO4，原料來源廣泛，制備工藝簡單方便，研發(fā)工作者開發(fā)了大量相關(guān)的合成方法。主要包括有：高溫固相法、碳熱還原法、微波合成法、水熱法、溶膠-凝膠法、共沉淀法等方法。對(duì)這些方法下面進(jìn)行一一介紹。（1）高溫固相法高溫固相法又稱高溫固相合成法，就是將固態(tài)的鐵源、磷源和鋰源按照一定的摩爾配比，進(jìn)行均勻混合.在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)（一般是在還原性氣體或者惰性氣體條件下）得到LiFePO4正極材料。溫度對(duì)于產(chǎn)物的質(zhì)量和產(chǎn)量有很大的影響。溫度太低反應(yīng)產(chǎn)物中會(huì)含有雜質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)物不純，無法得到純相LiFePO4；反應(yīng)溫度太高，LiFePO4顆粒出現(xiàn)嚴(yán)重團(tuán)聚現(xiàn)象，則其電化學(xué)性能會(huì)降低。MasayaTakahashi等[

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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